Mutações e Mecanismos

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

FACULDADE DE AGRONOMIA ELISEU MACIELDEPARTAMENTO DE ZOOTECNIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ZOOTECNIA

Mutações e Mecanismos de Reparo

MESTRANDAS: JANAINA CAMACHO E MARÍLIA NUNES

ORIENTADOR: HEDEN LUIZ MARQUES MOREIRA

ÁREA: MELHORAMENTO ANIMAL

O que é mutação?O que é mutação?

�� QualquerQualquer alteraçãoalteração nono materialmaterial genéticogenético..•• MutanteMutante -- OrganismoOrganismo queque sofreusofreu mutaçãomutação;;•• TipoTipo selvagemselvagem ((wildwild typetype)) -- OrganismoOrganismo nãonão

Conceitos

•• TipoTipo selvagemselvagem ((wildwild typetype)) -- OrganismoOrganismo nãonãomutadomutado;;

•• FenótipoFenótipo -- PropriedadesPropriedades observáveisobserváveis dede umumorganismoorganismo;;

•• GenótipoGenótipo -- SeSe refererefere aa seqüênciaseqüência dodo DNADNA dede umumorganismoorganismo;;

•• AlelosAlelos -- DiferentesDiferentes formasformas dede umum mesmomesmo genegene..

Variação alélica observável = fenótipo Afetado TraçosVariação alélica observável = fenótipo

Genótipo x fenótipo

Afetado Traços

SA

Heterozigotos e Homozigotos

Heterozigoto: pessoas com 2 diferente alelos em um locus

Genótipo = AS

Homozigoto: pessoas com 2 alelos idênticos em um locus

Genótipo = AA ou SS

Todos os indivíduos de uma espécie têmTodos os indivíduos de uma espécie têmos mesmos genes, mas com variações.os mesmos genes, mas com variações.

AsAs mutaçõesmutações sãosão importantesimportantes dodo pontopontodede vistavista evolutivoevolutivo.. SãoSão asas mutaçõesmutações quequedãodão origemorigem àà variabilidadevariabilidade dede indivíduosindivíduosdãodão origemorigem àà variabilidadevariabilidade dede indivíduosindivíduosdede umauma populaçãopopulação sobresobre aa qualqual atuaatua aaseleçãoseleção naturalnatural..

As mutações podem ocorrer em As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativascélulas somáticas ou germinativas

•• Mutações somáticasMutações somáticas

•• afetam apenas algumas células do próprio indivíduo afetam apenas algumas células do próprio indivíduo onde ocorrem;onde ocorrem;

•• podem ter podem ter consequênciasconsequências como o câncer;como o câncer;•• podem ter podem ter consequênciasconsequências como o câncer;como o câncer;

•• Não são transmitidas ä descendência.Não são transmitidas ä descendência.

•• Mutação nas células germinativas (gametas)Mutação nas células germinativas (gametas)

•• são passadas para a próxima geração;são passadas para a próxima geração;

•• afetam todo o organismo que as herda;afetam todo o organismo que as herda;

Qual as causas de mutações?Qual as causas de mutações?

•• Mutações espontâneasMutações espontâneas

–– Podem ocorrer devido:Podem ocorrer devido:�� a erros na replicação do DNA motivados pela DNA a erros na replicação do DNA motivados pela DNA �� a erros na replicação do DNA motivados pela DNA a erros na replicação do DNA motivados pela DNA

polimerasepolimerase. Quase sempre estes erros são reparados . Quase sempre estes erros são reparados durante o processo de replicação do DNA, contudo, durante o processo de replicação do DNA, contudo, alguns persistem.alguns persistem.

�� a erros na meiose ou mitose a erros na meiose ou mitose (não disjunção de homólogos (não disjunção de homólogos ou cromátides, tendo como ou cromátides, tendo como consequênciaconsequência a formação de células a formação de células com excesso ou falta de cromossomos).com excesso ou falta de cromossomos).

MITOSE: não –disjunção das cromátides

–– Onde ocorrem?Onde ocorrem? Podem ocorrer em qualquer gene e em Podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, no entanto:qualquer local do gene, no entanto:

�� são mais são mais frequentesfrequentes em regiões com em regiões com sequênciassequências de de DNA repetitivas ou simétricas DNA repetitivas ou simétricas (possibilidade de formarem (possibilidade de formarem DNA repetitivas ou simétricas DNA repetitivas ou simétricas (possibilidade de formarem (possibilidade de formarem alças). alças).

�� são mais são mais frequentesfrequentes em genes de maior tamanho em genes de maior tamanho (maior probabilidade de sofrer alterações na sua (maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequênciasequência de de bases);bases);

•• Mutações induzidasMutações induzidas

–– Principais agentes mutagênicosPrincipais agentes mutagênicos ––

�� FísicosFísicos �� radiações ionizantes (raios X, radiações radiações ionizantes (raios X, radiações cósmicas: alfa, beta e gama), raios UV.cósmicas: alfa, beta e gama), raios UV.

�� QuímicosQuímicos �� hidrocarbonetos (hidrocarbonetos (benzopirenobenzopireno, benzeno), gás , benzeno), gás mostarda, sais de metais radioativos, mostarda, sais de metais radioativos, arilaminasarilaminas ((corante corante

industrialindustrial), ), aflatoxinasaflatoxinas ((AspergillusAspergillus)), etc., etc.

�� BiológicosBiológicos �� vírus (vírus (EpsteinEpstein--BarrBarr, , PapilomavirusPapilomavirus, Hepatite , Hepatite B, etc.) e bactérias que predispõe (B, etc.) e bactérias que predispõe (HelicobacterHelicobacter pyloripylori).).

Classificação das mutaçõesClassificação das mutações

�� AsAs mutaçõesmutações podempodem serser::

11)) GênicasGênicas :: alteraçãoalteração emem umum genegene;;

22)) CromossômicasCromossômicas::�� a)a) EstruturalEstrutural -- adição,adição, perda,perda, ouou mudançamudança dede

local/orientaçãolocal/orientação dede segmentossegmentos cromossômicos)cromossômicos);;�� b)b) NuméricaNumérica -- alteraçãoalteração nono númeronúmero dede

cromossomoscromossomos;;

1. Mutações Gênicas1. Mutações Gênicas

AsAs mutaçõesmutações gênicasgênicas sãosão responsáveisresponsáveisporpor alteraçõesalterações nosnos genesgenes eeconseqüentementeconseqüentemente nasnas proteínasproteínas,,conseqüentementeconseqüentemente nasnas proteínasproteínas,,determinando,determinando, muitasmuitas vezes,vezes, aa formaçãoformaçãodede novasnovas proteínasproteínas ouou alterandoalterando aa açãoaçãodede enzimasenzimas importantesimportantes nono metabolismometabolismo..

Mutações GênicasMutações Gênicas

�� Alteram uma ou mais bases do DNA, o que afetará a leitura Alteram uma ou mais bases do DNA, o que afetará a leitura durante a replicação ou durante a transcrição.durante a replicação ou durante a transcrição.

�� Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem �� Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem nas nas célulascélulas germinativasgerminativas..

�� Quando ocorrem em Quando ocorrem em célulascélulas somáticassomáticas podem provocar a podem provocar a formação de tumores.formação de tumores.

�� São chamadas São chamadas pontuaispontuais quando alteram somente uma quando alteram somente uma base.base.

a) Substituição: a) Substituição: troca de uma base por troca de uma base por outraoutra

Tipos de Mutações GênicasTipos de Mutações Gênicas

�� TRANSIÇÃOTRANSIÇÃO aa substituiçãosubstituição dede umauma purinapurina (A(A ee G)G)porpor outraoutra ouou dede umauma pirimidinapirimidina (C,(C, TT ee U)U) porporoutraoutra;;

�� TRANSVERSÃOTRANSVERSÃO aa substituiçãosubstituição dede umauma purinapurina porporumauma pirimidinapirimidina ouou vicevice--versaversa..

Substituição

Mutação silenciosa Substituição de uma base do DNA por outra mas

que resulta num códon que codifica o mesmo

aminoácido, devido à redundância do código

genético. São muito comuns e responsáveis pela

diversidade genética que não é expressa

fenotipicamente.

Mutação com perda de

sentido (missense)

Substituição de uma base do DNA por outra, que

tem como consequência a substituição de um

aminoácido por outro na proteína codificada. A Substituição

aminoácido por outro na proteína codificada. A

conformação da proteína pode ser alterada. (ex:

anemia falciforme)

Mutação sem sentido

(nosense)

Substituição de uma base do DNA de tal modo que,

no RNAm, um códon que especifica um

aminoácido é alterado para um códon de STOP, ou

o contrário. Origina uma proteína mais curta ou

mais longa do que a proteína normal.

Mutação pontual, de substituição, com perda de sentido e de transversão (A e G purinas e C e T pirimidinas).

Mutações Pontuais

b) Inserçãob) Inserção �� acontece quando uma ou acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA. mais bases são adicionadas ao DNA.

�� O número de bases adicionadas ao DNA pode O número de bases adicionadas ao DNA pode variar. A adição de um número que não seja variar. A adição de um número que não seja variar. A adição de um número que não seja variar. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma do gene. Quando é inserida uma sequênciasequência igual a igual a outra ocorre uma duplicação.outra ocorre uma duplicação.

c) Deleçãoc) Deleção �� remoção de uma ou mais remoção de uma ou mais bases do DNA.bases do DNA.

�� Pode ser removida uma única base do DNA ou Pode ser removida uma única base do DNA ou milhares delas. A remoção de um número de bases milhares delas. A remoção de um número de bases milhares delas. A remoção de um número de bases milhares delas. A remoção de um número de bases que não seja múltiplo de três altera completamente que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene.a mensagem do gene.

Ex. de uma mutação

Albinismo

O albinismo é causada por uma mutação na enzima tirozinase que transforma o aminoácido tirozina em pigmento da pele, a melanina. Esta doença ocorre em animais e nas plantas e é hereditária.

Anemia FalciformePresença de ao menos um gene mutante, que leva o organismo a produzir a hemoglobina S. Essa alteração é devida à substituição de um único nucleotídeo que altera o códon do sexto aminoácido da B-Globina de ácido glutâmico para valina (GAG --> GTG). A homozigosidade para esta mutação é a causa dessa anemia falciforme.

2. Mutações Cromossômicas2. Mutações Cromossômicas

�� Também chamadas de Também chamadas de aberrações aberrações cromossômicascromossômicas, são alterações na estrutura , são alterações na estrutura ou no número de cromossomos normal da ou no número de cromossomos normal da espécie.espécie.espécie.espécie.

�� Podem provocar anomalias e mal formações Podem provocar anomalias e mal formações no organismo ou até a inviabilidade dele.no organismo ou até a inviabilidade dele.

Mutações CromossômicasMutações CromossômicasEstruturaisEstruturais

�� Provocam Provocam alterações na estrutura dos alterações na estrutura dos cromossomoscromossomos, podendo ocasionar a perda de , podendo ocasionar a perda de genes, a leitura duplicada ou erros na leitura genes, a leitura duplicada ou erros na leitura de um ou mais genes.de um ou mais genes.de um ou mais genes.de um ou mais genes.

�� Podem acontecer por Podem acontecer por deleçãodeleção, , duplicaçãoduplicação, , translocaçãotranslocação ou ou inversãoinversão de partes de de partes de cromossomos.cromossomos.

Mutações CromossômicasMutações CromossômicasNuméricasNuméricas

�� Provocam alterações no número típico de cromossomos da Provocam alterações no número típico de cromossomos da espécie (cariótipo).espécie (cariótipo).

�� Podem produzir anomalias graves e até a morte do Podem produzir anomalias graves e até a morte do �� Podem produzir anomalias graves e até a morte do Podem produzir anomalias graves e até a morte do organismo.organismo.

�� Se dividem em Se dividem em EuploidiasEuploidias:: organismos que apresentam organismos que apresentam conjunto de cromossomos igual a um múltiplo exato do conjunto de cromossomos igual a um múltiplo exato do número básico da espécie. número básico da espécie. e e AneuploidiasAneuploidias ((SomiasSomias): apresentam um conjunto de ): apresentam um conjunto de cromossomos que não corresponde a um múltiplo exato do cromossomos que não corresponde a um múltiplo exato do genoma da espécie. genoma da espécie.

EuploidiasEuploidias

�� MonoploidiasMonoploidias (n)(n) �� metade dos cromossomas metade dos cromossomas ((é mais freqüentemente encontrada em certos organismos é mais freqüentemente encontrada em certos organismos inferiores tais como fungos. Em organismos superiores a inferiores tais como fungos. Em organismos superiores a monoploidiamonoploidia é rara . Alguns exemplos de é rara . Alguns exemplos de monoploidiamonoploidia já já estabelecida é encontrada em abelhas e vespas).estabelecida é encontrada em abelhas e vespas).estabelecida é encontrada em abelhas e vespas).estabelecida é encontrada em abelhas e vespas).

�� PoliploidiasPoliploidias ( 3n, 4n, 5n, ...)( 3n, 4n, 5n, ...) �� quando há um quando há um conjunto conjunto aploideaploide a mais, além do diplóide básicoa mais, além do diplóide básico..Metade dos gêneros das plantas contem poliplóides, sendo Metade dos gêneros das plantas contem poliplóides, sendo que nas gramíneas cerca de 2/3 são poliplóides. Entretanto, a que nas gramíneas cerca de 2/3 são poliplóides. Entretanto, a poliploidiapoliploidia é rara nos animais. é rara nos animais.

poliploidiaspoliploidias

Podem ser:Podem ser:Autopoliplóides:Autopoliplóides: quando um único genoma é quando um único genoma é repetido. repetido. AutotriplóidesAutotriplóides; Autotetraplóides etc.; Autotetraplóides etc.

Alopoliplóides:Alopoliplóides: quando ocorrem dois ou mais quando ocorrem dois ou mais Alopoliplóides:Alopoliplóides: quando ocorrem dois ou mais quando ocorrem dois ou mais genomas diferentes. genomas diferentes. AlotriplóideAlotriplóide; ; AlotetraplóideAlotetraplóide etc.etc.

ObsObs: Os Alopoliplóides surgem pela duplicação dos cromossomos : Os Alopoliplóides surgem pela duplicação dos cromossomos após um cruzamento interespecífico. Ocorrem freqüentemente na após um cruzamento interespecífico. Ocorrem freqüentemente na natureza.natureza.

Tipos de Euploidias Fórmula Exemplo

Monoplóides X (ABC)

Poliplóides

triploides 3x (ABC) (ABC) (ABC)triploides 3x (ABC) (ABC) (ABC)

autotretaploides 4x (ABC) (ABC) (ABC) (ABC)

alotetraploides 2x + 2x (ABC) (ABC) (A’B’C’) (A’B’C’)

Autopoliploidia e Alopoliploidia

ABalodiplóide (estéril)

AA BB

alodiplóide (estéril)

AAAAAutopoliplóide (fértil)

AABBalotetraplóide (fértil)

Híbrido entre rabanete e repolho = Raphanobrassica

Exemplos de híbridos

Mula (63): burro (62) com égua (64);Mula (63): burro (62) com égua (64);

HeliconiusHeliconius heurippaheurippa:: duas espécies de borboleta;duas espécies de borboleta;

trigo: Triticum monococcum é diplóide (2x = 14) e de baixaprodutividade, mas o T. dicoccum é tetraplóide e apresentagrãos grandes e duros os quais são usados na produção domacarrão.

Tomateiros com número de cromossomos acima de 2x sãomaiores e produzem frutos mais saborosos que osdiplóides.

AneuploidiasAneuploidias ((SomiasSomias))

�� NulissomiaNulissomia (2n(2n--2)2) �� perda de um par inteiro de perda de um par inteiro de cromossomos. No homem é letal.cromossomos. No homem é letal.

�� MonossomiaMonossomia (2n(2n--1)1) �� um cromossomo a menos no um cromossomo a menos no �� MonossomiaMonossomia (2n(2n--1)1) �� um cromossomo a menos no um cromossomo a menos no cariótipo.cariótipo.

�� TrissomiaTrissomia (2n+1)(2n+1) �� um cromossomo a mais no cariótipo.um cromossomo a mais no cariótipo.

Tipos de Aneuploidias

Fórmula Exemplo Ex. Humanos

Nulissômico 2x – 2 (AB) (AB) 44 (22 pares)

Monossômico 2x – 1 (ABC) (AB) 45 (22 pares +1)

Trissômico 2x + 1 (ABC) (ABC) (A) 47 (23 pares +1)

Síndrome de TurnerSíndrome de Turner

�� MonossomiaMonossomia do cromossomo X, do cromossomo X, cariótipo 44A + X0 = 45.cariótipo 44A + X0 = 45.

�� Sexo feminino com ovários atrofiados, Sexo feminino com ovários atrofiados, deficiência hormonal, esterilidade, ausência de deficiência hormonal, esterilidade, ausência de menstruação, mamas pequenas, vulva infantil, menstruação, mamas pequenas, vulva infantil, menstruação, mamas pequenas, vulva infantil, menstruação, mamas pequenas, vulva infantil, pescoço alado, deficiência cardíaca, cromatina pescoço alado, deficiência cardíaca, cromatina sexual negativa, raramente deficiência mental.sexual negativa, raramente deficiência mental.

Síndrome de TurnerSíndrome de Turner

Síndrome de Síndrome de KlinefelterKlinefelter

�� TrissomiaTrissomia do do cromossomo X, cromossomo X, cariótipo 44A + XXY cariótipo 44A + XXY = 47.= 47.= 47.= 47.

�� Sexo masculino, Sexo masculino, esterilidade, deficiência esterilidade, deficiência mental.mental.

Síndrome de KlinefelterSíndrome de Klinefelter

Síndrome de Síndrome de DownDown�� TrissomiaTrissomia do cromossomo 21, do cromossomo 21,

cariótipo 45A + XX = 47 ou 45A + cariótipo 45A + XX = 47 ou 45A + XY = 47. Mais raramente pode XY = 47. Mais raramente pode acontecer por acontecer por translocaçãotranslocação entre entre o cromossomo 21 e o 14.o cromossomo 21 e o 14.o cromossomo 21 e o 14.o cromossomo 21 e o 14.

�� Ambos os sexos, deficiência mental, fendas Ambos os sexos, deficiência mental, fendas palpebrais mongolóides, pescoço curto e palpebrais mongolóides, pescoço curto e grosso, cardiopatias, uma única linha grosso, cardiopatias, uma única linha transversal na palma da mão, genitália pouco transversal na palma da mão, genitália pouco desenvolvida, grande flexibilidade nas desenvolvida, grande flexibilidade nas articulações.articulações.

Síndrome de DownSíndrome de Down

Síndrome de Síndrome de PatauPatau

�� TrissomiaTrissomia do cromossomo 13, do cromossomo 13, cariótipo 45A + XX = 47 ou 45A cariótipo 45A + XX = 47 ou 45A + XY = 47.+ XY = 47.Ambos os sexos, cabeça pequena Ambos os sexos, cabeça pequena �� Ambos os sexos, cabeça pequena Ambos os sexos, cabeça pequena (microcefalia), olhos pequenos ou ausentes, (microcefalia), olhos pequenos ou ausentes, orelhas deformadas e com baixa implantação, orelhas deformadas e com baixa implantação, pescoço curto, lábio leporino, palato fendido.pescoço curto, lábio leporino, palato fendido.

Síndrome de PatauSíndrome de Patau

Síndrome de EdwardsSíndrome de Edwards

�� TrissomiaTrissomia do cromossomo 18, do cromossomo 18, cariótipo 45A + XX = 47 ou cariótipo 45A + XX = 47 ou 45A + XY = 47.45A + XY = 47.Ambos os sexos, deformidade facial, Ambos os sexos, deformidade facial, �� Ambos os sexos, deformidade facial, Ambos os sexos, deformidade facial, anomalias nas mãos e pés, malformações anomalias nas mãos e pés, malformações cardíacas, renais e genitais, grave cardíacas, renais e genitais, grave distúrbio psicomotor.distúrbio psicomotor.

Síndrome de EdwardsSíndrome de Edwards

Síndrome do Duplo Y ou Síndrome do Duplo Y ou super machosuper macho

�� TrissomiaTrissomia do cromossomo Y, cariótipo do cromossomo Y, cariótipo 44A + XYY = 47.44A + XYY = 47.

�� Sexo masculino, sem modificações fenotípicas aparentes, Sexo masculino, sem modificações fenotípicas aparentes, somente com estatura elevada. Raramente déficit mental somente com estatura elevada. Raramente déficit mental somente com estatura elevada. Raramente déficit mental somente com estatura elevada. Raramente déficit mental e agressividade acentuada. Ocorrência 1/1.000.e agressividade acentuada. Ocorrência 1/1.000.

Síndrome do Duplo YSíndrome do Duplo Y

Síndrome do Triplo X ou Síndrome do Triplo X ou super fêmeasuper fêmea

�� TrissomiaTrissomia do cromossomo X, cariótipo 44A + do cromossomo X, cariótipo 44A + XXX = 47.XXX = 47.

�� Sexo feminino, distúrbios sexuais, retardamento mental, sem Sexo feminino, distúrbios sexuais, retardamento mental, sem outras modificações fenotípicas aparentes.outras modificações fenotípicas aparentes.outras modificações fenotípicas aparentes.outras modificações fenotípicas aparentes.

Síndrome do Triplo XSíndrome do Triplo X

MUTAÇÕES BENÉFICASMUTAÇÕES BENÉFICASPequena percentagem de todas as mutações tem na verdade um efeito positivo. Estas mutações levam a novas versões de proteínas que ajudam o organismo e futuras gerações a adaptar-se melhor a mudanças no seu ambiente. Por exemplo, uma deleção específica de 32 pares de base no CCR5 humano confere resistência ao HIV a homozigóticos e atrasa o despertar do SIDA em heterozigóticos. A mutação CCR5 é mais comum em pessoas com ascendência européia. Uma teoria para a etiologia da relativa pessoas com ascendência européia. Uma teoria para a etiologia da relativa alta frequência do CCR5-∆32 na população européia é que esta confere resistência à peste bubônica que flagelou a Europa em meados do Século XIV. Pessoas que tinham esta mutação foram capazes de sobreviver à infecção; por isso, a sua frequência na população aumentou. Isso pode também explicar porque esta mutação não se encontra na África, que não foi afetada pela peste bubônica. Uma teoria mais recente diz que pressão selectiva na mutação CCR5 Delta 32 foi causada pela varíola em vez da peste bubónica.Outros genes influenciam o desenvolvimento do corpo. Por exemplo, alelos diferentes na via da miostatina influenciam a força de uma pessoa, uma vez que estes genes controlam o desenvolvimento muscular.

OBRIGADA!OBRIGADA!